Java核心技术StringStringBuffer和StringBuilder的区别

Posted 2021-09-11 sysu_lluozh

日常使用的字符串别看它似乎很简单，但其实字符串几乎在所有编程语言里都是个特殊的存在，因为不管是数量还是体积，字符串都是大多数应用中的重要组成

相关的典型问题是：

• 理解 Java 的字符串，String、StringBuffer和StringBuilder有什么区别？

一、典型回答

• String

String是Java 语言非常基础和重要的类，提供了构造和管理字符串的各种基本逻辑
它是典型的Immutable类，被声明成为final class，所有属性也都是final的。也由于它的不可变性，类似拼接、裁剪字符串等动作，都会产生新的String对象
由于字符串操作的普遍性，所以相关操作的效率往往对应用性能有明显影响

• StringBuffer

StringBuffer是为解决拼接产生太多中间对象的问题而提供的一个类，可以用append或者add方法，把字符串添加到已有序列的末尾或者指定位置。StringBuffer本质是一个线程安全的可修改字符序列，它保证了线程安全，也随之带来了额外的性能开销，所以除非有线程安全的需要，不然还是推荐使用它的后继者，也就是StringBuilder

• StringBuilder

StringBuilder是Java1.5中新增的，在能力上和StringBuffer没有本质区别，但是它去掉了线程安全的部分，有效减小了开销，是绝大部分情况下进行字符串拼接的首选

二、考点分析

几乎所有的应用开发都离不开操作字符串，理解字符串的设计和实现以及相关工具如拼接类的使用，对写出高质量代码是非常有帮助的

关于这个问题，从通常的概要中可以知道String是Immutable的，字符串操作不当可能会产生大量临时字符串，以及线程安全方面的区别

如果继续深入，可以从各种不同的角度考察，比如可以：

• 通过String和相关类，考察基本的线程安全设计与实现，各种基础编程实践
• 考察JVM对象缓存机制的理解以及如何良好地使用
• 考察JVM优化Java代码的一些技巧
• String相关类的演进，比如Java 9中实现的巨大变化

针对上面这几方面，在知识扩展部分详细聊聊

三、知识扩展

3.1 字符串设计和实现考量

String是Immutable类的典型实现，原生的保证了基础线程安全，因为无法对它内部数据进行任何修改，这种便利甚至体现在拷贝构造函数中，由于不可变，Immutable对象在拷贝时不需要额外复制数据

String为什么设计成final的？

1. 安全性
   (1) 线程安全，不可变天生线程安全
   (2) String常被用作HashMap的key，如果可变会引有安全问题，如两个key相同
   (3) String常被用作数据库或接口的参数，可变的话也会有安全问题
2. 效率
   (1) 通过字符串池可以节省很多空间
   (2) 每个String对应一个hashcode，再次使用的话不用重新计算

再来看看StringBuffer实现的一些细节，它的线程安全是通过把各种修改数据的方法都加上synchronized关键字实现的，非常直白
其实，这种简单粗暴的实现方式，非常适合常见的线程安全类实现，不必纠结于synchronized 性能之类的，有人说过早优化是万恶之源，考虑可靠性、正确性和代码可读性才是大多数应用开发最重要的因素

为了实现修改字符序列的目的，StringBuffer和StringBuilder底层都是利用可修改的(char，JDK 9以后是byte)数组，二者都继承了AbstractStringBuilder，里面包含了基本操作，区别仅在于最终的方法是否加了synchronized

利用了数组，意味着要考虑数组扩容缩容所带来的额外开销：

1. 新开辟数组
2. 将原来数组拷贝到新数组当中

这和应用ArrayList等底层使用数组的集合类是一样的，都需要考虑：

1. 初始容量，尽量设置合适的可可正确预测的初始容量
2. 避免频繁进行扩容缩容

另外，这个内部数组应该创建成多大的呢？
如果太小，拼接的时候可能要重新创建足够大的数组
如果太大，又会浪费空间

目前的实现是，构建时初始字符串长度加16(这意味着，如果没有构建对象时输入最初的字符串，那么初始值就是16)
如果确定拼接会发生非常多次，而且大概是可预计的，那么就可以指定合适的大小，避免很多次扩容的开销
扩容会产生多重开销，因为要抛弃原有数组，创建新的(可以简单认为是倍数)数组，还要进行arraycopy